KR101765990B1 - Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation - Google Patents

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Abstract

광자 검출 디바이스는 반도체 재료의 제 1 영역 내에 배치된 평면형 접합부(planar junction)를 갖는 포토다이오드를 포함한다. 깊은 트렌치 격리(DTI)구조물이 상기 반도체 재료 내에 배치된다. 상기 DTI 구조물은 상기 DTI 구조물의 일 측 상의 상기 반도체 재료의 제 1 영역을 상기 DTI 구조물의 다른 측 상의 상기 반도체 재료의 제 2 영역으로부터 격리한다. 상기 DTI 구조물은 상기 DTI 구조물의 내측 표면을 라이닝하는 유전체 층과, 상기 DTI 구조물 내측에서 상기 유전체 층 상에 배치된 도핑된 반도체 재료를 포함한다. 상기 DTI 구조물 내측에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 내의 상기 포토다이오드를 상기 반도체 재료의 상기 제 2 영역으로부터 격리하도록 바이어스 전압에 접속된다.The photon detection device includes a photodiode having a planar junction disposed in a first region of the semiconductor material. A deep trench isolation (DTI) structure is disposed in the semiconductor material. The DTI structure isolates a first region of the semiconductor material on one side of the DTI structure from a second region of the semiconductor material on the other side of the DTI structure. The DTI structure includes a dielectric layer lining an inner surface of the DTI structure and a doped semiconductor material disposed on the dielectric layer inside the DTI structure. The doped semiconductor material disposed inside the DTI structure is connected to a bias voltage to isolate the photodiode within the first region of semiconductor material from the second region of semiconductor material.

Figure R1020140037936
Figure R1020140037936

Description

바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스{ENHANCED PHOTON DETECTION DEVICE WITH BIASED DEEP TRENCH ISOLATION}≪ Desc / Clms Page number 1 > ENHANCED PHOTON DETECTION DEVICE WITH BIASED DEEP TRENCH ISOLATION < RTI ID =

본 발명은 전반적으로 포토다이오드들에 관한 것이며, 보다 구체적으로 본 발명은 광자센서들에서 활용되는 포토다이오드들에 관한 것이다.
The present invention relates generally to photodiodes, and more particularly to photodiodes utilized in photon sensors.

이미지 캡처 디바이스는 이미지 센서 및 이미징 렌즈를 포함한다. 이 이미징 렌즈는 이미지를 형성하도록 이미지 센서 상으로 광을 포커싱하여서 이미지 센서는 이 광을 전기적 신호들로 변환한다. 이 전기적 신호들은 이미지 캡처 디바이스로부터 호스트 전자적 시스템의 다른 구성 요소들에 출력된다. 이 전자적 시스템은 예를 들어서 이동 전화, 컴퓨터, 디지털 카메라 또는 의료 장치일 수 있다.The image capture device includes an image sensor and an imaging lens. The imaging lens focuses the light onto the image sensor to form an image, which converts the light into electrical signals. These electrical signals are output from the image capture device to other components of the host electronic system. The electronic system may be, for example, a mobile phone, a computer, a digital camera, or a medical device.

이미지 센서들의 크기를 감소시켜서, 동일한 해상도를 갖는 이미지 센서에 대해서 보다 작은 화소 셀들을 가능토록 하는 계속적인 요구가 존재한다. 이미지 센서 또는 광자 검출기에서 사용될 수 있는 다른 타입의 포토검출기는 단일 광자 어밸런치 다이오드(single photon avalanche diode:SPAD)이다. SPAD는 조기 에지 항복(breakdown)및 인접하는 화소들 간의 간섭 문제를 극복하기 위해서 통상적으로 가드 링(guard ring) 또는 격리부(isolation)를 필요로 한다. 이러한 가드 링 또는 격리부를 생성하는 공지된 설계들은 각 화소 셀 면적을 증가시키고 필 팩터(fill factor)를 희생시킨다. 또한, 이미지 센서들이 소형화됨에 따라서, 그 내에 포함된 화소 셀들은 증가된 암전류(dark current) 레이트들을 경험한다.
There is a continuing need to reduce the size of image sensors so that smaller pixel cells are possible for an image sensor with the same resolution. Another type of photo-detector that can be used in an image sensor or photon detector is a single photon avalanche diode (SPAD). SPAD typically requires a guard ring or isolation to overcome premature edge breakdown and interference problems between adjacent pixels. Known designs that produce such a guard ring or isolator increase the area of each pixel cell and sacrifice the fill factor. Also, as image sensors are miniaturized, the pixel cells contained therein experience increased dark current rates.

본 발명의 비한정적 그리고 비배타적 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여서 기술되며, 이 도면들에서 달리 특정되지 않은 이상 다양한 도면들에 걸쳐서 유사한 참조 부호는 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된(enhanced) 광자 검출 디바이스들을 포함하는 예시적인 광자센서를 갖는 광자 감지 시스템의 일 실례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스의 일 실례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스들을 포함하는 광자센서(302)의 일 실례의 일부의 평면도이다.
몇몇 도면들에 걸쳐서 대응하는 참조 부호들은 대응하는 구성 요소들을 나타낸다. 도면들에서 요소들은 단순성 및 명료성을 위해서 예시되며 축척대로 반드시 도시된 것이 아님을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 예를 들어서, 도면들에서 몇몇 요소들의 크기는 본 발명의 다양한 실시예들의 이해를 증진시키기 위해서 다른 요소들에 비해서 과장되었다. 또한, 상업적으로 구현 가능한 실시예에서 유용하거나 필요한 통상적이면서 잘 알려진 요소들은 본 발명의 다양한 실시예들을 모호하게 하지 않도록 하기 위해서 때로 도시되지 않는다.The non-limiting and non-exclusive embodiments of the present invention are described with reference to the following drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout the various views unless otherwise specified.
1 is an illustration of an example of a photon sensing system having an exemplary photon sensor including enhanced photon detection devices having a biased deep trench isolator according to the teachings of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating an example of an improved photon detection device having a biased deep trench isolator in accordance with the teachings of the present invention.
3 is a top view of a portion of an example of a photon sensor 302 including an improved photon detection device with a biased deep trench isolator in accordance with the teachings of the present invention.
Corresponding reference characters throughout the several views represent corresponding components. Those skilled in the art will appreciate that elements in the figures are illustrated for simplicity and clarity and are not necessarily drawn to scale. For example, the sizes of some of the elements in the figures have been exaggerated relative to other elements to enhance understanding of various embodiments of the present invention. Also, conventional and well-known elements that are useful or necessary in commercially implementable embodiments are sometimes not shown in order not to obscure the various embodiments of the present invention.

다음의 설명에서, 다수의 특정 세부 사항들이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 특정 세부 사항들은 본 발명을 실시하는데 반드시 사용되어야 하는 것이 아님은 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다. 다른 경우로서, 잘 알려진 재료들 또는 방법들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 세부적으로 기술되지 않는다.In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. It will be apparent, however, to one skilled in the art that these specific details are not necessarily to be used to practice the present invention. In other instances, well known materials or methods are not described in detail so as not to obscure the present invention.

본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "일 실례" 또는 "실례"를 참조하는 바는 해당 실시예 또는 실례와 연관되어서 기술된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 다양한 곳에서 "일 실시예에서", "실시예에서", "일 실례에서" 또는 "실례에서"라는 용어가 나타나면 모두가 반드시 동일한 실시예 또는 실례를 말하는 것은 아니다. 또한, 이러한 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예 또는 실례에서 임의의 적합한 조합 및/또는 하위조합으로서 조합될 수 있다. 특정 특징, 구조 및/또는 특성이 기술된 기능을 제공하는 집적 회로, 전자적 회로, 조합적 논리 회로, 또는 다른 적합한 구성 요소들 내에 포함될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제공된 도면들은 본 기술 분야의 당업자에게 설명을 위해서 제공된 것이며 도면들은 반드시 실제 축척대로 된 것은 아니다. Reference herein to "one embodiment," "an embodiment," " an example, "or" instance, " means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the embodiment Which is included in the embodiment. Thus, it will be understood that when the terms "in one embodiment", "in an embodiment", "in an example" or "in an instance" appear in various places in this specification, they are not necessarily all referring to the same embodiment or example. Furthermore, these particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable combination and / or subcombination in any one or more embodiments or instances. May be included within an integrated circuit, electronic circuit, combinatorial logic circuit, or other suitable component that provides a particular feature, structure and / or characteristic of the described functionality. Also, the drawings provided herein are provided to illustrate the art to those skilled in the art, and the drawings are not necessarily drawn to scale.

본 발명의 교시 사항들에 따른 실례들은 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스들을 포함하는 광자센서를 기술한다. 일 실례에서, 이 바이어스된 깊은 트렌치 격리 구조물은 용량성 타입 격리 구조물이다. 도시된 바와 같이, 다양한 실례들에서, 본 발명의 교시 사항들에 따른 광자 검출 디바이스들은 어떠한 가드 링도 필요하지 않는 P 증가된 단일 광자 어밸런치 다이오드(SPAD) 구조물을 사용한다. 또한, 다양한 실례들에서, 바이어스된 깊은 트렌치 격리 구조물(DTI 구조물)은 공지된 격리 기술에 비해서 매우 적은 면적을 사용하여 격리를 제공하므로 본 발명의 교시 사항에 따른 광자센서에서는 화소들이 함께 보다 서로 근접하여서 배치될 수 있다. 일 실례에서, DTI 구조물은 폴리실리콘으로 구성되며 본 발명의 교시 사항들에 따른 SPAD의 집광 구역(photo collection area)에서 암전류를 저감시키도록 바이어스될 수 있다. 또한, 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 DTI 구조물을 사용하면, SPAD가 자신의 퀀칭 회로(quenching circuit)로부터 분리될 수 있으며 SPAD 및 퀀칭 회로의 웰들(wells)이 서로 다른 전압에서 바이어스될 수 있다.Examples according to the teachings of the present invention describe a photon sensor including improved photon detection devices having a biased deep trench isolator according to the teachings of the present invention. In one example, the biased deep trench isolation structure is a capacitive isolation structure. As shown, in various examples, the photon detection devices according to the teachings of the present invention use a P increased single photon avalanche diode (SPAD) structure that does not require any guard ring. Further, in various examples, the biased deep trench isolation structure (DTI structure) provides isolation using a very small area compared to known isolation techniques, so that in a photon sensor according to the teachings of the present invention, . In one example, the DTI structure is made of polysilicon and can be biased to reduce dark current in the photo collection area of the SPAD according to the teachings of the present invention. Also, using a biased DTI structure according to the teachings of the present invention, the SPAD can be isolated from its quenching circuit and the wells of the SPAD and quench circuits can be biased at different voltages have.

도 1은 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스들을 포함하는 화소 셀들(110)을 갖는 예시적인 화소 어레이(102)를 포함하는 광자 감지 시스템(100)의 일 실례를 일반적으로 나타내는 도면이다. 일 실례에서, 화소 셀들(110) 내의 광자 검출 디바이스들은 후면측이 조사된다(illuminated). 다른 실례에서, 화소 셀들(110) 내의 광자 검출 디바이스들은 전면측이 조사된다. 도시된 실례에서, 화소 어레이(102)는 광자 검출기들 또는 화소 셀들(110)(예들 들어서, 화소들 P1,P2,...,Pn)의 2 차원 어레이이다. 예시된 바와 같이, 각 화소(110)는 행(예를 들어서, 행들 R1 내지 Ry)및 열(예를 들어서, 열들 C1 내지 Cx)으로 배열되어서 광자 데이터를 취득한다. 다른 실례에서, 화소 어레이(102)는 본 발명의 교시 사항들에 따른 광자 검출기들 또는 화소 셀들(110) 의 일 행을 포함하는 1 차원 어레이일 수 있다.FIG. 1 is a block diagram of a photonic sensing system 100 including an exemplary pixel array 102 having pixel cells 110 including improved photon detection devices with biased deep trench isolation in accordance with the teachings of the present invention. 1 is a diagram generally showing one example. In one example, the photon detection devices in the pixel cells 110 are illuminated at the backside. In another example, the photon detection devices in the pixel cells 110 are irradiated at the front side. In the illustrated example, the pixel array 102 is a two-dimensional array of photon detectors or pixel cells 110 (e.g., pixels P1, P2, ..., Pn). As illustrated, each pixel 110 is arranged in rows (e.g., rows R1 to Ry) and columns (e.g., columns C1 to Cx) to obtain photon data. In another example, the pixel array 102 may be a one-dimensional array comprising a row of photodetectors or pixel cells 110 according to the teachings of the present invention.

일 실례에서, 각 화소(110)는 광자 이벤트를 디지털 신호 펄스로 변환시킨다. 다양한 실례들에서, 각 화소(110)로부터의 광자 데이터는 도시된 바와 같이 판독 열들(112)을 통해서 판독 회로(104)에 의해서 판독될 수 있다. 다양한 실례들에서, 판독 회로(104)는 광자 데이터를 수신하도록 접속되어서 각 화소(110)로부터 수신된 디지털 신호 펄스들 내에 표시되어 있는 광자 이벤트들을 카운트하는 카운터 회로(105)를 포함한다. 다양한 실례들에서, 판독 회로(104)는 각 화소(110)로부터 수신된 광자 데이터 내의 광자 이벤트들과 연관된 광자 타이밍 정보를 기록하도록 카운터 회로(105)에 접속된 타임 대 디지털 변환기(TDC)회로(107)를 더 포함할 수 있다. 일 실례에서, 일 실례에서 카운트 및 타이밍 정보를 포함하는 광자 데이터가 이어서 함수 로직(106)에 전달된다. 이 함수 로직(106)은 광자 데이터를 단지 저장하거나 후속 처리 및/또는 분석을 수행함으로써 광자 데이터를 조작할 수 있다. 일 실례에서, 판독 회로(104)는 판독 열 라인들(미도시)을 따라서 한번에 광자 데이터 행(row)을 판독하거나 모든 화소들을 직렬 판독하거나 모든 화소들 전체를 병렬로 동시에 판독하는 것과 같은 다른 다양한 기술들(미도시)을 사용하여서 광자 데이터를 판독할 수 있다.In one example, each pixel 110 converts a photon event into a digital signal pulse. In various examples, the photon data from each pixel 110 may be read by read circuit 104 through read columns 112 as shown. In various examples, the readout circuit 104 includes a counter circuit 105 that is connected to receive photon data and counts the photon events that are displayed in the digital signal pulses received from each pixel 110. In various examples, the readout circuit 104 includes a time-to-digital converter (TDC) circuit (not shown) connected to the counter circuit 105 to record photon timing information associated with photon events in the photon data received from each pixel 110 107). In one example, in one example, photon data including count and timing information is then passed to the function logic 106. The function logic 106 may manipulate the photon data by simply storing photon data or performing subsequent processing and / or analysis. In one example, the readout circuit 104 may be used to read photon data rows at a time along the read column lines (not shown), or to read all of the pixels in series or all other pixels in parallel, Techniques (not shown) can be used to read the photon data.

일 실례에서, 제어 회로(108)가 화소 어레이(102)에 접속되어서 화소 어레이(102)의 동작 특성을 제어할 수 있다. 예를 들어서, 제어 회로(108)는 광자 데이터 취득을 제어하기 위한 셔터 신호(shutter singal)를 생성할 수 있다. 일 실례에서, 이 셔터 신호는 단일 취득 윈도우 동안에 각각의 광자 데이터를 동시에 캡처하도록 화소 어레이(102)내의 모든 화소들을 동시에 인에이블링(enabling)하기 위한 글로벌 셔터 신호(global shutter signal)이다.In one example, the control circuit 108 may be connected to the pixel array 102 to control the operating characteristics of the pixel array 102. For example, the control circuit 108 may generate a shutter signal for controlling photon data acquisition. In one example, the shutter signal is a global shutter signal for simultaneously enabling all the pixels in the pixel array 102 to simultaneously capture each photon data during a single acquisition window.

도 2는 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리 구조물을 갖는 개선된 광자 검출 디바이스(210)의 일 실례를 나타내는 단면도이다. 일 실례에서, 도 2의 광자 검출 디바이스(210)는 도 2의 화소 어레이(102)의 화소 셀들(110) 내에서 사용될 수 있다. 도 2의 실례에서 도시된 바와 같이, 광자 검출 디바이스(210)는 반도체 재료(216)의 제 1 영역(216A) 내에 배치된 평면형 접합부(240)를 갖는 포토다이오드(214)를 포함한다. 도시된 실례에서, 포토다이오드(214)는 도시된 바와 같은 P 타입 반도체 재료(216)내의 포토다이오드(214)의 P 도핑된 영역(242)와 N 도핑된 영역(244)간의 평편 접합부(240)에서 정의된 항복 접합부를 갖는 단일 광자 어밸런치 다이오드(SPAD)이다. 일 실례에서, P 도핑된 영역(242)은 본 발명의 교시 사항들에 따른 P 증가된 도핑 영역으로서 간주될 수 있다.2 is a cross-sectional view illustrating an example of an improved photon detection device 210 having a biased deep trench isolation structure in accordance with the teachings of the present invention. In one example, the photon detection device 210 of FIG. 2 may be used in the pixel cells 110 of the pixel array 102 of FIG. 2, the photon detection device 210 includes a photodiode 214 having a planar junction 240 disposed within a first region 216A of the semiconductor material 216. The photodiode 214 includes a plurality of planar junctions 240, The photodiode 214 includes a planar junction 240 between the P doped region 242 and the N doped region 244 of the photodiode 214 in the P type semiconductor material 216 as shown, (SPAD) with a yield junction defined in Fig. In one example, the P doped region 242 may be viewed as a P doped region according to the teachings of the present invention.

도시된 실례에서 나타난 바와 같이, 광자 검출 디바이스(210)는 반도체 재료(216)내에 배치된 하나 이상의 깊은 트렌치 격리(DTI)구조물들(222A, 222B, 222C)를 더 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)각각은 유전체 박층으로 라이닝된다. 일 실례에서, 이 유전체 박층은 실리콘 이산화물(SiO2)또는 다른 적합한 절연성 재료를 포함한다. 특히, 도 2는 DTI 구조물(222A)은 이 DTI 구조물(222A)의 내측 표면을 라이닝하는 유전체 박층(224A)을 포함하며, DTI 구조물(222B)은 이 DTI 구조물(222B)의 내측 표면을 라이닝하는 유전체 박층(224B)을 포함하며, DTI 구조물(222C)은 이 DTI 구조물(222C)의 내측 표면을 라이닝하는 유전체 박층(224C)을 포함하는 것을 나타낸다.Photon detection device 210 further includes one or more deep trench isolation (DTI) structures 222A, 222B, and 222C disposed within semiconductor material 216. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, each of the DTI structures 222A, 222B, and 222C is lined with a thin dielectric layer. In one instance, a dielectric thin layer and a silicon dioxide (SiO 2) or other suitable insulating material. 2 illustrates that the DTI structure 222A includes a thin dielectric layer 224A that lining the inner surface of the DTI structure 222A and the DTI structure 222B is a lining of the inner surface of the DTI structure 222B Dielectric layer 224B and the DTI structure 222C includes a thin dielectric layer 224C that lining the inner surface of the DTI structure 222C.

또한, DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)각각은 저도핑된 반도체 재료로 충진된다. 예를 들어서, 도 2는 DTI 구조물(222A)은 유전체 박층(224A)상의 도핑된 폴리실리콘(226A)으로 충진되고, DTI 구조물(222B)은 유전체 박층(224B)상의 도핑된 폴리실리콘(226B)으로 충진되고, DTI 구조물(222C)은 유전체 박층(224C)상의 도핑된 폴리실리콘(226C)으로 충진됨을 나타내고 있다.Also, each of the DTI structures 222A, 222B, and 222C is filled with a doped semiconductor material. For example, FIG. 2 illustrates that the DTI structure 222A is filled with doped polysilicon 226A on the thin dielectric layer 224A and the DTI structure 222B is doped with doped polysilicon 226B on the thin dielectric layer 224B. And the DTI structure 222C is filled with the doped polysilicon 226C on the thin dielectric layer 224C.

도 2에 도시된 실례는 또한 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)각각이 바이어스 전압(232)으로 바이어스됨을 나타내고 있다. 특히, 도 2는 DTI 구조물(222A)은 금속(230A)을 통해서 바이어스 전압(232)에 접속되며, DTI 구조물(222B)은 금속(230B)을 통해서 바이어스 전압(232)에 접속되며, DTI 구조물(222C)은 금속(230C)을 통해서 바이어스 전압(232)에 접속됨을 나타낸다. 또한 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)각각이 상술한 바와 같이 유전체 박층에 의해서 상기 반도체 재료로부터 분리된 도핑된 반도체 재료로 충진된 경우에, 용량성 타입 격리 구조물들이 제공됨을 주목해야 한다.The example shown in FIG. 2 also shows that each of the DTI structures 222A, 222B, and 222C is biased with a bias voltage 232. In particular, Figure 2 shows that the DTI structure 222A is connected to the bias voltage 232 through metal 230A and the DTI structure 222B is connected to the bias voltage 232 through metal 230B, 222C are connected to bias voltage 232 through metal 230C. It should also be noted that capacitive isolation structures are provided when each of the DTI structures 222A, 222B, and 222C is filled with a doped semiconductor material separated from the semiconductor material by a thin dielectric layer, as described above.

동작 시에, 바이어스된 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)은 각각의 바이어스된 DTI 구조물의 대향 측면들 상의 반도체 재료(216)영역들 간에 격리를 제공함이 이해된다. 예를 들어 설명하면, 본 발명의 교시 사항들에 따라서, 상기 바이어스된 DTI 구조물(222B)은 도 2의 바이어스된 DTI 구조물(222B)의 좌측면 상에 위치한 반도체 재료(216)의 제 1 영역(216A)을 도 2의 바이어스된 DTI 구조물(222B)의 우측면 상에 위치한 반도체 재료(216)의 제 2 영역(216B)으로부터 격리시킨다. 바이어스된 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)은 다른 공지된 도핑 웰 격리 기술들에 비해서 매우 더 작은 면적을 필요로 한다. 따라서, 복수의 포토다이오드들(214)이 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)를 사용하여서 반도체 재료(216)내에서 매우 더 서로 근접하게 배치될 수 있다. 일 실례에서, 바이어스된 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)은 본 발명의 교시 사항들에 따라서 포토다이오드(214)의 집광 구역에서 암전류를 제어 또는 저감시키도록 바이어스된다. 일 실례에서, 바이어스된 DTI 구조물을 바로 마주보는 반도체 재료는 본 발명의 교시 사항들에 따라서 암전류를 더 저감시키도록 더 도핑될 수 있다.It is understood that, in operation, biased DTI structures 222A, 222B, and 222C provide isolation between semiconductor material 216 regions on opposite sides of each biased DTI structure. For example, in accordance with the teachings of the present invention, the biased DTI structure 222B includes a first region of semiconductor material 216 located on the left side of the biased DTI structure 222B of FIG. 2 216A from the second region 216B of the semiconductor material 216 located on the right side of the biased DTI structure 222B of FIG. The biased DTI structures 222A, 222B, and 222C require a much smaller area compared to other known doping well isolation techniques. A plurality of photodiodes 214 may be placed much closer together in semiconductor material 216 using biased DTI structures 222A, 222B, and 222C in accordance with the teachings of the present invention . In one example, the biased DTI structures 222A, 222B, and 222C are biased to control or reduce the dark current in the light collecting region of the photodiode 214 in accordance with the teachings of the present invention. In one example, a semiconductor material directly facing a biased DTI structure may be further doped to further reduce the dark current in accordance with the teachings of the present invention.

도시된 실례에서 나타난 바와 같이, 포토다이오드(214)는 반도체 재료(216)의 후면측(228)을 향하는 광(220)으로 조사되도록 구성된다. 다른 실례(미도시)에서, 포토다이오드(214)는 반도체 재료(216)의 전면측을 향하는 광(220)으로 조사되도록 구성될 수도 있다. 도 2에 도시된 실례에서, 광(220)이 후면측(228)으로부터 통과하는 상대적으로 큰 P 도핑 구역을 갖는 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)가 제공된다. P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)의 항복 접합부는 P 도핑된 영역(242)과 N 도핑된 영역(244) 간의 평면 PN 접합부(240)에서 정의된다. 일 실례에서, N 도핑된 실리콘 영역(244) 내의 도핑 밀도는 N 도핑된 실리콘 영역(244)의 에지를 향하여서 점진적으로 감소되며, 이로써 평면 PN 접합부(240)의 에지들에서 항복 현상이 발생하는 바를 저감시키는 것을 돕는다. 동작 시에, 평면 PN 접합부(240)가 역방향 바이어스된다. 예시된 실례에서, 반도체 재료(216)의 제 1 영역(216A)은 P+ 바이어싱 노드(246A)를 통해서 바이어스 전압 -Vopt(234)로 바이어스되도록 접속되며, N 도핑된 영역(244)은 전압 Vdd(238)으로 바이어스되도록 접속된다. 따라서, SPAD에 대한 역방향 바이어스가 예시된 실례에서는 Vdd + Vopt이다. 이로써, 반도체 재료(216)의 후면측(228)을 통과하는 광(220)에 의해서 광생성되는 전자들(248)은 도시된 바와 같이 제 1 영역(216A)의 상대적으로 큰 P 도핑 구역을 통해서 상기 역방향 바이어스된 평면 PN 접합부(240)로 드리프트하며 이로써 본 발명의 교시 사항들에 따른 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)내에서 항복 현상을 트리거한다.As shown in the illustrated example, the photodiode 214 is configured to be irradiated with light 220 directed toward the back side 228 of the semiconductor material 216. In another example (not shown), the photodiode 214 may be configured to be irradiated with light 220 directed to the front side of the semiconductor material 216. In the example shown in FIG. 2, a P-doped SPAD photodiode 214 is provided having a relatively large P-doped region through which light 220 passes from the backside 228. The yield junction of the P-doped SPAD photodiode 214 is defined at the planar PN junction 240 between the P doped region 242 and the N doped region 244. In one example, the doping density in the N doped silicon region 244 is progressively reduced toward the edge of the N doped silicon region 244, thereby causing a yielding phenomenon at the edges of the planar PN junction 240 Helps reduce bar. In operation, the planar PN junction 240 is reverse biased. In the illustrated example, a first region 216A of semiconductor material 216 is connected to be biased to a bias voltage -Vopt 234 via a P + biasing node 246A and an N doped region 244 is connected to a voltage Vdd (238). Thus, the reverse bias for SPAD is Vdd + Vopt in the illustrated example. Electrons 248 that are optically generated by the light 220 passing through the backside 228 of the semiconductor material 216 may then pass through a relatively large P doping region of the first region 216A as shown Biased plane PN junction 240, thereby triggering a breakdown phenomenon within the P-increased SPAD photodiode 214 according to the teachings of the present invention.

도 2에 도시된 실례에서, 퀀칭 회로(218)는 전술한 바이어스된 DTI 구조물(226B)을 사용하여서 반도체 재료(216)의 제 1 영역(216A)으로부터 격리된 반도체 재료(216)의 제 2 영역(216B)에 배치된다. 퀀칭 회로(218)는 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)와 접속되어서 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214) 내의 애벌런치 전류를 제한한다. 그러나, 바이어스된 DIT 구조물(226B)이 제공된 격리부를 사용하여서, P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)의 고 전계 영역들이 본 발명의 교시 사항들에 따라서 퀀칭 회로(218)로부터 격리된다.2, the quenching circuit 218 uses a biased DTI structure 226B as described above to isolate the semiconductor material 216 from the first region 216A of the semiconductor material 216, (216B). The quenching circuit 218 is connected to the P-increased SPAD photodiode 214 to limit the avalanche current in the P-increased SPAD photodiode 214. However, using the isolation provided with the biased DIT structure 226B, the high field regions of the P-increased SPAD photodiode 214 are isolated from the quenching circuit 218 in accordance with the teachings of the present invention.

도 2에 도시된 개선된 광자 검출 디바이스(210)의 다른 특징은 퀀칭 회로(218)로부터 상기 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)를 격리시키도록 바이어스된 DTI 구조물(226B)을 사용하여서 반도체 재료(216)의 P 도핑된 영역들(216A, 216B)이 상이한 전압들로 바이어스될 수 있다는 것이다. 예를 들어서 설명하면, 도 2에 도시된 실례에서 볼 수 있는 바와 같이, P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)가 배치된 반도체 재료(216)의 제 1 영역(216A)은 P+ 바이어싱 노드(246A)를 통해서 음의 전압 -Vopt(234)에 접속된다. 퀀칭 회로(218)가 배치된 반도체 재료(216)의 제 2 영역(216B)은 도시된 바와 같이 전압 Vdd(238)으로 바이어스되도록 접속된다. 이로써, 본 발명의 교시 사항들에 따라서, P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)에 대한 역방향 바이어스는 Vdd + Vopt이며 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)의 출력 신호는 퀀칭 회로(218)의 동작 전압과 양립한다.Another feature of the advanced photon detection device 210 shown in Figure 2 is the use of a DTI structure 226B biased to isolate the P-doped SPAD photodiode 214 from the quench circuit 218, The P doped regions 216A, 216B of the transistors 216, 216 can be biased at different voltages. 2, a first region 216A of the semiconductor material 216 in which the P-doped SPAD photodiode 214 is disposed is connected to the P + biasing node 246A (see FIG. To the negative voltage -Vopt 234 via the negative voltage -Vopt 234. The second region 216B of the semiconductor material 216 in which the quenching circuit 218 is disposed is connected to be biased at a voltage Vdd 238 as shown. Thus, in accordance with the teachings of the present invention, the reverse bias to the P-increased SPAD photodiode 214 is Vdd + Vopt, and the output signal of the SPAD photodiode 214 increased by the operating voltage of the quenching circuit 218 .

도 3은 본 발명의 교시 사항들에 따른 바이어스된 깊은 트렌치 격리부를 갖는 개선된 광자 검출 디바이스들을 포함하는 예시적인 광자센서(302)의 일 실례의 후면측 부분을 나타내는 저면도이다. 도시된 실례에서 나타난 바와 같이, 광자센서(302)는 반도체 재료(316)내에 배치된 복수의 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)를 포함한다. 일 실례에서, 도 3에 도시된 복수의 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)각각은 도 2에서 상술한 P 증가된 SPAD 포토다이오드(214)와 실질적으로 유사하다. 이로써, 포토다이오드(314A)는 P 도핑된 반도체 재료(342A)와 N 도핑된 반도체 재료(344A) 간에 정의된 평면형 접합부를 포함하며, 포토다이오드(314B)는 P 도핑된 반도체 재료(342B)와 N 도핑된 반도체 재료(344B)간에 정의된 평면형 접합부를 포함하며, 포토다이오드(314C)는 P 도핑된 반도체 재료(342C)와 N 도핑된 반도체 재료(344C)간에 정의된 평면형 접합부를 포함하며, 포토다이오드(314D)는 P 도핑된 반도체 재료(342D)와 N 도핑된 반도체 재료(344D) 간에 정의된 평면형 접합부를 포함한다.3 is a bottom view illustrating a back side portion of an example of an exemplary photon sensor 302 including an improved photon detection device with a biased deep trench isolator in accordance with the teachings of the present invention. As shown in the illustrated example, photonic sensor 302 includes a plurality of photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D disposed within semiconductor material 316. In one example, each of the plurality of photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D shown in FIG. 3 is substantially similar to the P-increased SPAD photodiode 214 described above in FIG. Thus, photodiode 314A includes a planar junction defined between a P doped semiconductor material 342A and an N doped semiconductor material 344A, which photodiode 314B includes a P doped semiconductor material 342B and N Includes a planar junction defined between a doped semiconductor material 344B and a photodiode 314C that includes a planar junction defined between a P doped semiconductor material 342C and an N doped semiconductor material 344C, Doped semiconductor material 314D includes a planar junction defined between a P doped semiconductor material 342D and an N doped semiconductor material 344D.

도시된 실례에서 볼 수 있는 바와 같이, 광자센서(302)는 도 2의 바이어스된 DTI 구조물들(222A, 222B, 222C)과 실질적으로 유사한 바이어스된 DTI 구조물(322)을 포함한다. 도 3에 도시된 실례에서, 바이어스된 DTI 구조물(322)은 본 발명의 교시 사항들에 따라서 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)각각의 고 전계 영역(high field region)을 격리시키도록 상기 반도체 재료(316)내에서 구성 및 바이어스된다. 특히, 본 발명의 교시 사항들에 따라서 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)각각이 이 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)중 인접하는 것 및 대응하는 지원 회로 요소들과 상기 바이어스된 DTI 구조물(322)에 의해서 격리되도록 이 바이어스된 DTI 구조물(322)은 상기 반도체 재료(316)내에서 구성된다.As can be seen in the illustrated example, the photon sensor 302 includes a biased DTI structure 322 that is substantially similar to the biased DTI structures 222A, 222B, and 222C of FIG. 3, the biased DTI structure 322 is coupled to the high field region of each of the P-doped SPAD photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D in accordance with the teachings of the present invention. And is biased within the semiconductor material 316 to isolate the semiconductor material 316 from the semiconductor material. In particular, in accordance with the teachings of the present invention, each of the P-doped SPAD photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D is adjacent to one of the P-doped SPAD photodiodes 314A, 314B, 314C, This biased DTI structure 322 is configured within the semiconductor material 316 to be isolated by the corresponding support circuit elements and the biased DTI structure 322. [

도 3에 도시된 실례에서 예시된 바와 같은 광자센서(302)내에 포함된 다른 특징은 반도체 재료(316)내에 배치된 바이어싱 노드(346)가 본 발명의 교시 사항들에 따라서 상기 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)각각에 의해서 공유된다는 것이다. 이로써, 도 3에 도시된 실례에서, 상기 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)각각은 본 발명의 교시 사항들에 따라서 상기 공유된 바이어싱 노드(346)에 접속된 동일한 바이어스 전압을 갖도록 상기 반도체 재료(316)내에서 배치된다.Other features included in the photonic sensor 302 as illustrated in the example illustrated in Figure 3 are that the biasing node 346 disposed within the semiconductor material 316 is positioned above the P-increased SPAD 302 according to the teachings of the present invention Is shared by each of the photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D. Thus, in the example shown in FIG. 3, each of the P-increased SPAD photodiodes 314A, 314B, 314C, and 314D is coupled to the same biased node 346 connected to the shared biasing node 346 in accordance with the teachings of the present invention. And is disposed within the semiconductor material 316 to have a bias voltage.

따라서, 도 3의 예시적인 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(314A, 314B, 314C, 314D)(뿐만 아니라 도 2의 예시적인 P 증가된 SPAD 포토다이오드들(214))은 격리를 위해서 가드 링 또는 도핑된 웰을 사용하지 않음이 이해된다. 이로써, 광자센서(302)내의 화소 셀들 크기가 크게 감소할 수 있다. 이렇게 광자센서(302)의 각 화소 셀에 대해서 요구되는 면적이 감소하면 해상도가 증가하고 비용이 절감된다. 또한, STI(shallow trench isoation)과 DTI(deep trench isolation) 간의 공정 차이로 인해서, 본 명세서에서 기술된 예시적인 P 증가된 SPAD 포토다이오드들의 암전류는 본 발명의 교시 사항들에 따라서 본 명세서에서 기술된 바이어스된 DTI 구조물로 인해서 증가하지 않는다. 본 발명의 교시 사항들에 따라서 암전류가 감소하면 노이즈가 감소하며 광자에 대한 민감도가 더 높아지게 된다.Thus, the exemplary P-increased SPAD photodiodes 314A, 314B, 314C, 314D (as well as the exemplary P-enhanced SPAD photodiodes 214 of FIG. 2 in FIG. 3) Lt; RTI ID = 0.0 > wells < / RTI > Thereby, the size of the pixel cells in the photon sensor 302 can be greatly reduced. Thus, as the area required for each pixel cell of the photon sensor 302 decreases, the resolution increases and the cost is reduced. Also, due to the difference in process between shallow trench isolation (STI) and deep trench isolation (STI), the dark current of the exemplary P-enhanced SPAD photodiodes described herein may be determined by the method described herein But does not increase due to the biased DTI structure. According to the teachings of the present invention, as the dark current decreases, the noise decreases and the sensitivity to the photon becomes higher.

요약서에서 기술된 바를 포함하여서 본 발명의 예시된 실례들에 대한 상술한 바는 정확하게 개시된 형태로 본 발명을 한정하는 것으로 해석되지 말아야 한다. 본 발명의 특정 실시예들 및 특정 실례들이 예시적인 설명을 위해서 본 명세서에서 제공되었지만, 다양한 균등 수정 사항들이 본 발명의 보다 넓은 사상 및 범위 내에서 가능하다.The foregoing description of illustrative examples of the invention including those described in the abstract should not be construed as limiting the invention in its precisely disclosed form. Although specific embodiments and specific examples of the present invention have been provided herein for the purpose of illustration, various equivalent modifications are possible within the broader spirit and scope of the present invention.

이러한 수정사항들은 상술한 설명의 조명 하에서 본 발명의 실례들에 대해서 이루어질 수 있다. 다음의 청구 범위에서 사용되는 용어들은 본 발명을 본 명세서 및 청구 범위에서 개시된 특정 실시예들로 한정하는 것으로 해석되지 말아야 한다. 이보다는, 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위에 의해서만 전적으로 결정되며 다음의 청구 범위는 확립된 청구 범위 해석 원칙에 따라서 해석되어야 한다. 본 명세서 및 도면들은 따라서 한정적이기보다는 예시적으로 간주되어야 한다.These modifications may be made to the examples of the present invention under the illumination of the above description. The terms used in the following claims should not be construed as limiting the invention to the specific embodiments disclosed in the specification and the appended claims. Rather, the scope of the present invention is to be determined entirely only by the following claims, and the following claims should be construed in accordance with established principles of claim interpretation. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.

Claims (27)

광자 검출 디바이스로서,
반도체 재료의 제 1 영역 내에 배치된 평면형 접합부(planar junction)를 갖는 포토다이오드와,
상기 반도체 재료 내에 배치된 깊은 트렌치 격리(DTI) 구조물을 포함하되,
상기 반도체 재료는 P 도핑된 실리콘을 포함하며, 상기 평면형 접합부는 상기 반도체 재료 내의 P 도핑된 실리콘 영역에 접하게 배치된 단일의 N 도핑된 실리콘 영역을 포함하고, 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역 내의 도핑 밀도는 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역의 에지를 향하여 점진적으로 감소하며, 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역의 에지는 격리용 도핑된 웰 또는 가드 링(guard ring)을 이용하지 않고,
상기 DTI 구조물은 상기 DTI 구조물의 일 측 상의 상기 반도체 재료의 제 1 영역을 상기 DTI 구조물의 다른 측 상의 상기 반도체 재료의 제 2 영역으로부터 격리시키며,
상기 DTI 구조물은,
상기 DTI 구조물의 내측 표면을 라이닝(lining)하는 유전체 층과,
상기 DTI 구조물 내측에서 상기 유전체 층 상에 배치된 도핑된 반도체 재료를 포함하며,
상기 DTI 구조물 내측에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 내의 상기 포토다이오드를 상기 반도체 재료의 상기 제 2 영역으로부터 격리시키도록 바이어스 전압에 접속되는
광자 검출 디바이스.
1. A photon detection device,
A photodiode having a planar junction disposed in a first region of the semiconductor material;
A deep trench isolation (DTI) structure disposed in the semiconductor material,
Wherein the semiconductor material comprises P doped silicon and wherein the planar junction comprises a single N doped silicon region disposed in intimate contact with a P doped silicon region in the semiconductor material and wherein the doping in the single N- The density is progressively reduced toward the edge of the single N doped silicon region, and the edge of the single N doped silicon region does not utilize an isolation doped well or a guard ring,
The DTI structure isolating a first region of the semiconductor material on one side of the DTI structure from a second region of the semiconductor material on the other side of the DTI structure,
The DTI structure,
A dielectric layer lining the inner surface of the DTI structure,
And a doped semiconductor material disposed on the dielectric layer inside the DTI structure,
The doped semiconductor material disposed inside the DTI structure is connected to a bias voltage to isolate the photodiode in the first region of semiconductor material from the second region of semiconductor material
Photon detection device.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 평면형 접합부는, 상기 반도체 재료 내의 P 도핑된 실리콘으로부터 상기 평면형 접합부 내로 전자가 드리프트하도록, 역방향 바이어스되도록 접속되는
광자 검출 디바이스.
The method according to claim 1,
The planar junction is connected to be reverse biased such that electrons drift from the P doped silicon in the semiconductor material into the planar junction
Photon detection device.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역 내에 배치된 상기 평면형 접합부를 갖는 포토다이오드는 단일 광자 어밸런치 다이오드(SPAD)를 포함하며,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 SPAD의 집광 구역에서 암전류(dark current)를 저감시키도록 바이어스되는
광자 검출 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the photodiode having the planar junction disposed in a first region of the semiconductor material comprises a single photon avalanche diode (SPAD)
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to reduce dark current in the light collecting zone of the SPAD
Photon detection device.
제 5 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 2 영역 내에 배치되고 상기 SPAD에 접속되어 상기 SPAD 내의 어밸런치 전류(an avalanche current)를 한정하는 퀀칭 회로(a quenching circuit)를 더 포함하되,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 SPAD의 고 전계 영역들(high field regions)을 상기 퀀칭 회로로부터 격리시키도록 바이어스되는
광자 검출 디바이스.
6. The method of claim 5,
Further comprising a quenching circuit disposed in a second region of the semiconductor material and connected to the SPAD to define an avalanche current in the SPAD,
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to isolate the high field regions of the SPAD from the quench circuit
Photon detection device.
제 6 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역은 상기 반도체 재료의 제 1 영역을 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되고,
상기 반도체 재료의 제 2 영역은 상기 반도체 재료의 제 2 영역을 제 2 전압으로 바이어스하도록 상기 제 2 전압에 접속되는
광자 검출 디바이스.
The method according to claim 6,
Wherein a first region of the semiconductor material is connected to the first voltage to bias a first region of the semiconductor material to a first voltage,
The second region of semiconductor material is connected to the second voltage to bias a second region of the semiconductor material to a second voltage
Photon detection device.
제 7 항에 있어서,
상기 포토다이오드의 평면형 접합부는 제 3 전압에 접속되며,
상기 포토다이오드의 평면형 접합부에서의 역방향 바이어스는 상기 제 1 영역에 접속된 상기 제 1 전압 및 상기 포토다이오드의 평면형 접합부에 접속된 상기 제 3 전압에 대한 응답성인(responsive)
광자 검출 디바이스.
8. The method of claim 7,
Wherein the planar junction of the photodiode is connected to a third voltage,
Wherein the reverse bias at the planar junction of the photodiode is responsive to the first voltage connected to the first region and the third voltage connected to the planar junction of the photodiode,
Photon detection device.
제 5 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 2 영역 내에 배치된 제 2 SPAD를 포함하는 제 2 포토다이오드를 더 포함하되,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 제 2 SPAD의 고 전계 영역들로부터 상기 SPAD의 고 전계 영역들을 격리시키도록 바이어스되는
광자 검출 디바이스.

6. The method of claim 5,
And a second photodiode comprising a second SPAD disposed in a second region of the semiconductor material,
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to isolate high field regions of the SPAD from high field regions of the second SPAD
Photon detection device.

제 9 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역은 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역을 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되는
광자 검출 디바이스.
10. The method of claim 9,
Wherein a first region and a second region of semiconductor material are connected to the first voltage to bias the first region and the second region of the semiconductor material to a first voltage
Photon detection device.
제 10 항에 있어서,
상기 반도체 재료는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역에 접속된 공유형 바이어싱 노드를 포함하며,
상기 공유형 바이어싱 노드는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역을 상기 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되는
광자 검출 디바이스.
11. The method of claim 10,
Wherein the semiconductor material comprises a shared biasing node connected to a first region and a second region of the semiconductor material,
The shared biasing node is connected to the first voltage to bias the first and second regions of the semiconductor material to the first voltage
Photon detection device.
제 5 항에 있어서,
상기 SPAD는 상기 반도체 재료의 후면측로부터 조사되도록 구성되는
광자 검출 디바이스.

6. The method of claim 5,
The SPAD is configured to be irradiated from the back side of the semiconductor material
Photon detection device.

제 1 항에 있어서,
상기 DTI 구조물의 내측 표면을 라이닝(lining)하는 유전체 층은 실리콘 이산화물을 포함하는
광자 검출 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the dielectric layer lining the inner surface of the DTI structure comprises silicon dioxide
Photon detection device.
제 1 항에 있어서,
상기 DTI 구조물 내측에서 상기 유전체 층 상에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 저도핑된(lightly doped) 폴리실리콘을 포함하는
광자 검출 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the doped semiconductor material disposed on the dielectric layer inside the DTI structure comprises lightly doped polysilicon
Photon detection device.
광자 감지 시스템으로서,
복수의 화소 셀들을 갖는 화소 어레이와,
상기 화소 어레이에 접속되어 상기 화소 어레이의 동작을 제어하는 제어 회로와,
상기 화소 어레이에 접속되어 상기 복수의 화소 셀들로부터 광자 데이터를 판독하는 판독 회로를 포함하되,
상기 복수의 화소 셀들 각각은,
반도체 재료의 제 1 영역 내에 배치된 평면형 접합부를 갖는 포토다이오드와,
상기 반도체 재료 내에 배치된 깊은 트렌치 격리(DTI) 구조물을 포함하며,
상기 반도체 재료는 P 도핑된 실리콘을 포함하며, 상기 평면형 접합부는 상기 반도체 재료 내의 P 도핑된 실리콘 영역에 접하게 배치된 단일의 N 도핑된 실리콘 영역을 포함하고, 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역 내의 도핑 밀도는 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역의 에지를 향하여 점진적으로 감소하며, 상기 단일의 N 도핑된 실리콘 영역의 에지는 격리용 도핑된 웰 또는 가드 링(guard ring)을 이용하지 않고,
상기 DTI 구조물은 상기 DTI 구조물의 일 측 상의 상기 반도체 재료의 제 1 영역을 상기 DTI 구조물의 다른 측 상의 상기 반도체 재료의 제 2 영역으로부터 격리시키며,
상기 DTI 구조물은,
상기 DTI 구조물의 내측 표면을 라이닝(lining)하는 유전체 층과,
상기 DTI 구조물 내측에서 상기 유전체 층 상에 배치된 도핑된 반도체 재료를 포함하며,
상기 DTI 구조물 내측에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 내의 상기 포토다이오드를 상기 반도체 재료의 상기 제 2 영역으로부터 격리시키도록 바이어스 전압에 접속되는
광자 감지 시스템.
As a photon detection system,
A pixel array having a plurality of pixel cells,
A control circuit connected to the pixel array for controlling the operation of the pixel array,
And a reading circuit connected to the pixel array for reading photon data from the plurality of pixel cells,
Wherein each of the plurality of pixel cells includes:
A photodiode having a planar junction disposed within a first region of semiconductor material;
A deep trench isolation (DTI) structure disposed in the semiconductor material,
Wherein the semiconductor material comprises P doped silicon and wherein the planar junction comprises a single N doped silicon region disposed in intimate contact with a P doped silicon region in the semiconductor material and wherein the doping in the single N- The density is progressively reduced toward the edge of the single N doped silicon region, and the edge of the single N doped silicon region does not utilize an isolation doped well or a guard ring,
The DTI structure isolating a first region of the semiconductor material on one side of the DTI structure from a second region of the semiconductor material on the other side of the DTI structure,
The DTI structure,
A dielectric layer lining the inner surface of the DTI structure,
And a doped semiconductor material disposed on the dielectric layer inside the DTI structure,
The doped semiconductor material disposed inside the DTI structure is connected to a bias voltage to isolate the photodiode in the first region of semiconductor material from the second region of semiconductor material
Photon detection system.
제 15 항에 있어서,
상기 판독 회로에 접속되어 상기 복수의 화소 셀들로부터 판독된 광자 데이터를 저장하는 함수 로직(funtion logic)을 더 포함하는
광자 감지 시스템.
16. The method of claim 15,
Further comprising funtion logic coupled to the readout circuit to store photon data read from the plurality of pixel cells
Photon detection system.
제 15 항에 있어서,
상기 판독 회로는,
상기 복수의 화소 셀들 각각으로부터 수신된 광자 데이터 내의 광자 이벤트들을 카운트하기 위해 상기 광자 데이터를 수신하도록 접속된 카운터 회로와,
상기 카운터 회로에 접속되어 상기 광자 데이터 내의 광자 이벤트들과 연관된 광자 타이밍 정보를 기록하는 타임 대 디지털 변환기 회로(time to digital converter circuitry)를 포함하는
광자 감지 시스템.
16. The method of claim 15,
The read circuit includes:
A counter circuit coupled to receive the photon data to count photon events in photon data received from each of the plurality of pixel cells;
And a time to digital converter circuitry connected to the counter circuit for recording photon timing information associated with photon events in the photon data
Photon detection system.
제 15 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역 내에 배치된 상기 평면형 접합부를 갖는 포토다이오드는 단일 광자 어밸런치 다이오드(SPAD)를 포함하며,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 SPAD의 집광 구역에서 암전류를 저감시키도록 바이어스되는
광자 감지 시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein the photodiode having the planar junction disposed in a first region of the semiconductor material comprises a single photon avalanche diode (SPAD)
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to reduce dark current in the light collecting zone of the SPAD
Photon detection system.
제 18 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 2 영역 내에 배치되고 상기 SPAD에 접속되어 상기 SPAD 내의 어밸런치 전류를 한정하는 퀀칭 회로를 더 포함하되,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 SPAD의 고 전계 영역들을 상기 퀀칭 회로로부터 격리시키도록 바이어스되는
광자 감지 시스템.
19. The method of claim 18,
And a quenching circuit disposed within a second region of the semiconductor material and connected to the SPAD to define an avalanche current in the SPAD,
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to isolate the high field regions of the SPAD from the quench circuit
Photon detection system.
제 19 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역은 상기 반도체 재료의 제 1 영역을 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되고,
상기 반도체 재료의 제 2 영역은 상기 반도체 재료의 제 2 영역을 제 2 전압으로 바이어스하도록 상기 제 2 전압에 접속되는
광자 감지 시스템.
20. The method of claim 19,
Wherein a first region of the semiconductor material is connected to the first voltage to bias a first region of the semiconductor material to a first voltage,
The second region of semiconductor material is connected to the second voltage to bias a second region of the semiconductor material to a second voltage
Photon detection system.
제 20 항에 있어서,
상기 포토다이오드의 평면형 접합부는 제 3 전압에 접속되며,
상기 포토다이오드의 평면형 접합부에서의 역방향 바이어스는 상기 제 1 영역에 접속된 상기 제 1 전압 및 상기 포토다이오드의 평면형 접합부에 접속된 상기 제 3 전압에 대한 응답성인
광자 감지 시스템.
21. The method of claim 20,
Wherein the planar junction of the photodiode is connected to a third voltage,
Wherein the reverse bias at the planar junction of the photodiode is responsive to the first voltage connected to the first region and the third voltage connected to the planar junction of the photodiode
Photon detection system.
제 18 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 2 영역 내에 배치된 제 2 SPAD를 포함하는 제 2 포토다이오드를 더 포함하되,
상기 DTI 구조물 내에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 상기 제 2 SPAD의 고 전계 영역들로부터 상기 SPAD의 고 전계 영역들을 격리시키도록 바이어스되는
광자 감지 시스템.
19. The method of claim 18,
And a second photodiode comprising a second SPAD disposed in a second region of the semiconductor material,
The doped semiconductor material disposed in the DTI structure is biased to isolate high field regions of the SPAD from high field regions of the second SPAD
Photon detection system.
제 22 항에 있어서,
상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역은 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역을 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되는
광자 감지 시스템.
23. The method of claim 22,
Wherein a first region and a second region of semiconductor material are connected to the first voltage to bias the first region and the second region of the semiconductor material to a first voltage
Photon detection system.
제 23 항에 있어서,
상기 반도체 재료는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역에 접속된 공유형 바이어싱 노드를 포함하며,
상기 공유형 바이어싱 노드는 상기 반도체 재료의 제 1 영역 및 제 2 영역을 상기 제 1 전압으로 바이어스하도록 상기 제 1 전압에 접속되는
광자 감지 시스템.
24. The method of claim 23,
Wherein the semiconductor material comprises a shared biasing node connected to a first region and a second region of the semiconductor material,
The shared biasing node is connected to the first voltage to bias the first and second regions of the semiconductor material to the first voltage
Photon detection system.
제 18 항에 있어서,
상기 SPAD는 상기 반도체 재료의 후면측로부터 조사되도록 구성되는
광자 감지 시스템.
19. The method of claim 18,
The SPAD is configured to be irradiated from the back side of the semiconductor material
Photon detection system.
제 16 항에 있어서,
상기 DTI 구조물의 내측 표면을 라이닝하는 유전체 층은 실리콘 이산화물을 포함하는
광자 감지 시스템.
17. The method of claim 16,
Wherein the dielectric layer lining the inner surface of the DTI structure comprises silicon dioxide
Photon detection system.
제 16 항에 있어서,
상기 DTI 구조물 내측에서 상기 유전체 층 상에 배치된 상기 도핑된 반도체 재료는 저도핑된 폴리실리콘을 포함하는
광자 감지 시스템.17. The method of claim 16,
Wherein the doped semiconductor material disposed on the dielectric layer inside the DTI structure comprises a doped polysilicon
Photon detection system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190038353A (en) * 2017-09-29 2019-04-08 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Spad image sensor and associated fabricating method

Families Citing this family (128)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9276031B2 (en) 2013-03-04 2016-03-01 Apple Inc. Photodiode with different electric potential regions for image sensors
US9741754B2 (en) 2013-03-06 2017-08-22 Apple Inc. Charge transfer circuit with storage nodes in image sensors
JP6295526B2 (en) 2013-07-11 2018-03-20 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and electronic apparatus
US9496304B2 (en) 2013-08-15 2016-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure
US9054007B2 (en) * 2013-08-15 2015-06-09 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure
KR20150029262A (en) * 2013-09-10 2015-03-18 삼성전자주식회사 An image sensor, an image processing system including the same, and an operating method of the same
US10285626B1 (en) 2014-02-14 2019-05-14 Apple Inc. Activity identification using an optical heart rate monitor
FR3019378A1 (en) 2014-03-25 2015-10-02 St Microelectronics Crolles 2 ISOLATION STRUCTURE BETWEEN PHOTODIODS
US9825073B2 (en) 2014-05-23 2017-11-21 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced back side illuminated near infrared image sensor
US9686485B2 (en) 2014-05-30 2017-06-20 Apple Inc. Pixel binning in an image sensor
KR102155480B1 (en) * 2014-07-07 2020-09-14 삼성전자 주식회사 Image sensor, image processing system including the same, and mobile electronic device including the same
KR20160021473A (en) * 2014-08-18 2016-02-26 삼성전자주식회사 Global shutter image sensor, and image processing system having the global shutter image sensor
US9685576B2 (en) * 2014-10-03 2017-06-20 Omnivision Technologies, Inc. Back side illuminated image sensor with guard ring region reflecting structure
FR3026891A1 (en) 2014-10-06 2016-04-08 St Microelectronics Crolles 2 Sas INTEGRATED ILLUMINATION IMAGING DEVICE REAR SIDE WITH SIMPLIFIED INTERCONNECTION ROUTING
US9401410B2 (en) * 2014-11-26 2016-07-26 Texas Instruments Incorporated Poly sandwich for deep trench fill
CN104810377B (en) * 2015-03-04 2018-03-06 南京邮电大学 A kind of single photon avalanche diode detector array element of high integration
US9595555B2 (en) * 2015-05-04 2017-03-14 Semiconductor Components Industries, Llc Pixel isolation regions formed with conductive layers
US9450007B1 (en) 2015-05-28 2016-09-20 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated circuit with reflective material in trenches and related methods
US9911773B2 (en) 2015-06-18 2018-03-06 Omnivision Technologies, Inc. Virtual high dynamic range large-small pixel image sensor
US9683890B2 (en) 2015-06-30 2017-06-20 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor pixels with conductive bias grids
FR3041817B1 (en) 2015-09-30 2017-10-13 Commissariat Energie Atomique PHOTODIODE OF SPAD TYPE
CN108369968B (en) * 2015-12-01 2021-07-27 夏普株式会社 Avalanche photodiode
KR102545170B1 (en) 2015-12-09 2023-06-19 삼성전자주식회사 Image sensor and method of fabricating the same
CN105448945B (en) * 2015-12-29 2019-07-05 同方威视技术股份有限公司 Coplanar electrode photoelectric diode array and preparation method thereof
EP3193369B1 (en) * 2016-01-15 2021-11-17 Sony Depthsensing Solutions N.V. A detector device with majority current and isolation means
CN106981495B (en) * 2016-01-15 2019-10-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 A kind of cmos image sensor and preparation method thereof
US9761624B2 (en) 2016-02-09 2017-09-12 Semiconductor Components Industries, Llc Pixels for high performance image sensor
US9806117B2 (en) 2016-03-15 2017-10-31 Omnivision Technologies, Inc. Biased deep trench isolation
US9912883B1 (en) 2016-05-10 2018-03-06 Apple Inc. Image sensor with calibrated column analog-to-digital converters
US10153310B2 (en) * 2016-07-18 2018-12-11 Omnivision Technologies, Inc. Stacked-chip backside-illuminated SPAD sensor with high fill-factor
US9955090B2 (en) * 2016-07-20 2018-04-24 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range image sensor with virtual high-low sensitivity pixels
US10141458B2 (en) * 2016-07-21 2018-11-27 Omnivision Technologies, Inc. Vertical gate guard ring for single photon avalanche diode pitch minimization
JP2018019040A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 キヤノン株式会社 Photodetector and photodetection system
JP7013120B2 (en) * 2016-07-29 2022-01-31 キヤノン株式会社 Photodetector and photodetector
US10497818B2 (en) * 2016-07-29 2019-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Photodetection device and photodetection system
KR102589016B1 (en) 2016-08-25 2023-10-16 삼성전자주식회사 Semiconductor devices
CN111682039B (en) * 2016-09-23 2021-08-03 苹果公司 Stacked back side illumination SPAD array
CN106441597B (en) * 2016-09-26 2018-10-30 东南大学 A kind of reversed bias voltage applied to array avalanche diode adjusts circuit
JP7058479B2 (en) 2016-10-18 2022-04-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Photodetector
CN116525632A (en) * 2016-10-18 2023-08-01 索尼半导体解决方案公司 Light detection device
US9923009B1 (en) * 2016-11-03 2018-03-20 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with hybrid deep trench isolation
JP7055544B2 (en) 2016-11-29 2022-04-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Sensor chips and electronic devices
JP7285351B2 (en) * 2016-11-29 2023-06-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Photodetectors and electronic devices
CN106449770B (en) * 2016-12-07 2019-09-24 天津大学 Prevent the ring-shaped gate single-photon avalanche diode and preparation method thereof of edge breakdown
KR102549541B1 (en) 2017-01-11 2023-06-29 삼성전자주식회사 Image sensors
US10656251B1 (en) 2017-01-25 2020-05-19 Apple Inc. Signal acquisition in a SPAD detector
US10801886B2 (en) 2017-01-25 2020-10-13 Apple Inc. SPAD detector having modulated sensitivity
US10962628B1 (en) 2017-01-26 2021-03-30 Apple Inc. Spatial temporal weighting in a SPAD detector
JP6910005B2 (en) * 2017-03-07 2021-07-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Solid-state image sensor
US10224450B2 (en) 2017-06-27 2019-03-05 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Silicon resistor silicon photomultiplier
US10629765B2 (en) * 2017-06-29 2020-04-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Single photon avalanche diode
US10622538B2 (en) 2017-07-18 2020-04-14 Apple Inc. Techniques for providing a haptic output and sensing a haptic input using a piezoelectric body
KR20190011977A (en) * 2017-07-26 2019-02-08 주식회사 디비하이텍 Backside illuminated image sensor and method of manufacturing the same
US10440301B2 (en) 2017-09-08 2019-10-08 Apple Inc. Image capture device, pixel, and method providing improved phase detection auto-focus performance
US10388816B2 (en) 2017-09-22 2019-08-20 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Deep trench isolation (DTI) bounded single photon avalanche diode (SPAD) on a silicon on insulator (SOI) substrate
DE102018122925A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. SPAD IMAGE SENSOR AND ASSOCIATED FABRICATING METHOD
EP3477710B1 (en) 2017-10-26 2023-03-29 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Avalanche photodiode and method of manufacturing the avalanche photodiode
DE112018005712T5 (en) 2017-10-30 2020-07-23 Sony Semiconductor Solutions Corporation SOLID-STATE IMAGE ELEMENT
CN108063114B (en) * 2017-12-15 2019-11-22 台州第五空间航空科技有限公司 TSV pinboard based on transverse diode and preparation method thereof
CN108122889B (en) * 2017-12-15 2020-10-30 西安科锐盛创新科技有限公司 TSV adapter plate based on transverse diode
CN108231946B (en) * 2017-12-21 2020-01-10 上海集成电路研发中心有限公司 Single photon avalanche diode detector structure and manufacturing method thereof
CN108231947B (en) * 2017-12-27 2020-01-10 上海集成电路研发中心有限公司 Single photon avalanche diode detector structure and manufacturing method thereof
US11296137B2 (en) 2018-10-30 2022-04-05 Sense Photonics, Inc. High quantum efficiency Geiger-mode avalanche diodes including high sensitivity photon mixing structures and arrays thereof
US10535693B2 (en) * 2018-03-09 2020-01-14 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Infra-red response enhancement for image sensor
JP2019165181A (en) * 2018-03-20 2019-09-26 株式会社東芝 Light detection device
KR102549400B1 (en) * 2018-03-21 2023-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 Image Sensor Having PD Bias Patterns
JP6967755B2 (en) * 2018-03-30 2021-11-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Photodetector
US10636818B2 (en) * 2018-04-04 2020-04-28 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Semiconductor device and sensor including a single photon avalanche diode (SPAD) structure
JP7129199B2 (en) * 2018-04-11 2022-09-01 キヤノン株式会社 Photodetector, photodetector system, and moving object
US10854770B2 (en) 2018-05-07 2020-12-01 Artilux, Inc. Avalanche photo-transistor
US10515993B2 (en) * 2018-05-17 2019-12-24 Hi Llc Stacked photodetector assemblies
US10158038B1 (en) 2018-05-17 2018-12-18 Hi Llc Fast-gated photodetector architectures comprising dual voltage sources with a switch configuration
US10340408B1 (en) 2018-05-17 2019-07-02 Hi Llc Non-invasive wearable brain interface systems including a headgear and a plurality of self-contained photodetector units configured to removably attach to the headgear
JP7156612B2 (en) * 2018-05-18 2022-10-19 マッハコーポレーション株式会社 semiconductor element
US10312047B1 (en) * 2018-06-01 2019-06-04 Eagle Technology, Llc Passive local area saturation of electron bombarded gain
US10420498B1 (en) 2018-06-20 2019-09-24 Hi Llc Spatial and temporal-based diffusive correlation spectroscopy systems and methods
US11213206B2 (en) 2018-07-17 2022-01-04 Hi Llc Non-invasive measurement systems with single-photon counting camera
US11019294B2 (en) 2018-07-18 2021-05-25 Apple Inc. Seamless readout mode transitions in image sensors
US10848693B2 (en) 2018-07-18 2020-11-24 Apple Inc. Image flare detection using asymmetric pixels
US10566359B1 (en) 2018-08-22 2020-02-18 Omnivision Technologies, Inc. Variably biased isolation structure for global shutter pixel storage node
KR102553314B1 (en) * 2018-08-29 2023-07-10 삼성전자주식회사 Image sensor
KR102646903B1 (en) 2018-09-04 2024-03-12 삼성전자주식회사 Image sensors
TWI814902B (en) * 2018-09-21 2023-09-11 日商索尼半導體解決方案公司 camera device
KR102599049B1 (en) * 2018-11-06 2023-11-06 삼성전자주식회사 Image sensors
US11233966B1 (en) 2018-11-29 2022-01-25 Apple Inc. Breakdown voltage monitoring for avalanche diodes
US11006876B2 (en) 2018-12-21 2021-05-18 Hi Llc Biofeedback for awareness and modulation of mental state using a non-invasive brain interface system and method
EP3683837B1 (en) 2019-01-16 2022-04-27 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Optical sensor and apparatus comprising an optical sensor
CN109935639B (en) * 2019-03-15 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 Single photon detector array capable of reducing electrical crosstalk and preparation method thereof
JP7236692B2 (en) * 2019-03-27 2023-03-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Photodetector and method for manufacturing photodetector
DE102019204701A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Avalanche photodiode array
EP3966590A1 (en) 2019-05-06 2022-03-16 Hi LLC Photodetector architectures for time-correlated single photon counting
WO2020236371A1 (en) 2019-05-21 2020-11-26 Hi Llc Photodetector architectures for efficient fast-gating
EP3980849A1 (en) 2019-06-06 2022-04-13 Hi LLC Photodetector systems with low-power time-to-digital converter architectures
WO2021009978A1 (en) * 2019-07-12 2021-01-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Light detection device
KR20210007684A (en) 2019-07-12 2021-01-20 에스케이하이닉스 주식회사 Image Sensor
US11032496B2 (en) * 2019-07-22 2021-06-08 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced shutter efficiency time-of-flight pixel
US11195869B2 (en) * 2019-09-05 2021-12-07 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and imaging device with shared circuit elements
FR3100658A1 (en) * 2019-09-10 2021-03-12 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Electronic device comprising integrated optical and electronic components and method of manufacturing
US11240449B2 (en) * 2019-09-18 2022-02-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and imaging device with combined dynamic vision sensor and imaging functions
US11594597B2 (en) * 2019-10-25 2023-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Selective polysilicon growth for deep trench polysilicon isolation structure
FR3103635A1 (en) 2019-11-26 2021-05-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Image sensor comprising a plurality of SPAD photodiodes
JPWO2021117523A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-17
US11349042B2 (en) * 2019-12-18 2022-05-31 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Anode sensing circuit for single photon avalanche diodes
US11502120B2 (en) * 2019-12-19 2022-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Negatively biased isolation structures for pixel devices
KR20210083472A (en) * 2019-12-26 2021-07-07 삼성전자주식회사 Image sensor and method for forming the same
US11883181B2 (en) 2020-02-21 2024-01-30 Hi Llc Multimodal wearable measurement systems and methods
US11630310B2 (en) 2020-02-21 2023-04-18 Hi Llc Wearable devices and wearable assemblies with adjustable positioning for use in an optical measurement system
WO2021167893A1 (en) 2020-02-21 2021-08-26 Hi Llc Integrated detector assemblies for a wearable module of an optical measurement system
US11950879B2 (en) 2020-02-21 2024-04-09 Hi Llc Estimation of source-detector separation in an optical measurement system
WO2021167890A1 (en) 2020-02-21 2021-08-26 Hi Llc Wearable module assemblies for an optical measurement system
WO2021167876A1 (en) 2020-02-21 2021-08-26 Hi Llc Methods and systems for initiating and conducting a customized computer-enabled brain research study
US11187575B2 (en) 2020-03-20 2021-11-30 Hi Llc High density optical measurement systems with minimal number of light sources
WO2021188487A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 Hi Llc Temporal resolution control for temporal point spread function generation in an optical measurement system
US11245404B2 (en) 2020-03-20 2022-02-08 Hi Llc Phase lock loop circuit based signal generation in an optical measurement system
WO2021188486A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 Hi Llc Phase lock loop circuit based adjustment of a measurement time window in an optical measurement system
US11857348B2 (en) 2020-03-20 2024-01-02 Hi Llc Techniques for determining a timing uncertainty of a component of an optical measurement system
WO2021188485A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 Hi Llc Maintaining consistent photodetector sensitivity in an optical measurement system
US11864867B2 (en) 2020-03-20 2024-01-09 Hi Llc Control circuit for a light source in an optical measurement system by applying voltage with a first polarity to start an emission of a light pulse and applying voltage with a second polarity to stop the emission of the light pulse
US11877825B2 (en) 2020-03-20 2024-01-23 Hi Llc Device enumeration in an optical measurement system
US11903676B2 (en) 2020-03-20 2024-02-20 Hi Llc Photodetector calibration of an optical measurement system
US11476372B1 (en) 2020-05-13 2022-10-18 Apple Inc. SPAD-based photon detectors with multi-phase sampling TDCs
US11189655B1 (en) * 2020-07-08 2021-11-30 Omnivision Technologies, Inc. Isolation structure for suppressing floating diffusion junction leakage in CMOS image sensor
US11563910B2 (en) 2020-08-04 2023-01-24 Apple Inc. Image capture devices having phase detection auto-focus pixels
FR3114441B1 (en) * 2020-09-24 2022-10-07 Commissariat Energie Atomique SPAD TYPE PHOTODIODE
US20220102404A1 (en) * 2020-09-25 2022-03-31 Apple Inc. Transistor Integration with Stacked Single-Photon Avalanche Diode (SPAD) Pixel Arrays
US11546532B1 (en) 2021-03-16 2023-01-03 Apple Inc. Dynamic correlated double sampling for noise rejection in image sensors
CN113299786B (en) * 2021-05-21 2023-05-23 武汉新芯集成电路制造有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20230131599A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Magvision Semiconductor (Beijing) Inc. Image sensor pixel with deep trench isolation structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184353A1 (en) * 2004-02-20 2005-08-25 Chandra Mouli Reduced crosstalk sensor and method of formation
US20110272561A1 (en) * 2010-03-23 2011-11-10 Stmicroelectronics S.R.L. Method of detecting impinging position of photons on a geiger-mode avalanche photodiode, related geiger-mode avalanche photodiode and fabrication process
US20120261730A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-18 Omnivision Technologies, Inc. Floating diffusion structure for an image sensor

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61133660A (en) * 1984-12-03 1986-06-20 Olympus Optical Co Ltd Solid state image sensor
JPH05211321A (en) 1991-10-25 1993-08-20 Canon Inc Avalanche photodiode and signal processing device using thereof
JP3467013B2 (en) * 1999-12-06 2003-11-17 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device
US6821808B2 (en) * 2002-08-23 2004-11-23 Micron Technology, Inc. CMOS APS with stacked avalanche multiplication layer which provides linear and logarithmic photo-conversion characteristics
EP1665362A2 (en) 2003-08-25 2006-06-07 Tau-Metrix, Inc. Technique for evaluating a fabrication of a semiconductor component and wafer
JP2005101864A (en) 2003-09-24 2005-04-14 Sony Corp Drive method of solid-state image pickup element and solid-state imaging device
MXPA06014220A (en) 2004-06-09 2007-05-04 Koninkl Philips Electronics Nv Method of manufacturing an image sensor and image sensor.
JP4841834B2 (en) * 2004-12-24 2011-12-21 浜松ホトニクス株式会社 Photodiode array
GB2426575A (en) * 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Photon detector using controlled sequences of reset and discharge of a capacitor to sense photons
JP4234116B2 (en) 2005-06-27 2009-03-04 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 Avalanche photodiode
WO2008048694A2 (en) * 2006-02-01 2008-04-24 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Geiger mode avalanche photodiode
US8188563B2 (en) 2006-07-21 2012-05-29 The Regents Of The University Of California Shallow-trench-isolation (STI)-bounded single-photon CMOS photodetector
ITTO20080046A1 (en) 2008-01-18 2009-07-19 St Microelectronics Srl PLACE OF PHOTODIODS OPERATING IN GEIGER MODES MUTUALLY INSULATED AND RELATIVE PROCESS OF MANUFACTURING
IT1392366B1 (en) 2008-12-17 2012-02-28 St Microelectronics Rousset OPERATING PHOTODIODO IN GEIGER MODE WITH INTEGRATED AND CONTROLLABLE SUPPRESSION RESISTOR, PHOTODIUM RING AND RELATIVE PROCESS OF PROCESSING
US7838956B2 (en) 2008-12-17 2010-11-23 Eastman Kodak Company Back illuminated sensor with low crosstalk
US20110121423A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Sensors Unlimited, Inc. Concentric Ring Mask for Controlling The Shape of a Planar PN Junction
GB201014843D0 (en) 2010-09-08 2010-10-20 Univ Edinburgh Single photon avalanche diode for CMOS circuits
KR101648023B1 (en) 2010-12-21 2016-08-12 한국전자통신연구원 Silicon photomultiplier with trench isolation
TWI458111B (en) * 2011-07-26 2014-10-21 Univ Nat Central Lateral avalanche photodiode structure
FR2984607A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-21 St Microelectronics Crolles 2 CURED PHOTODIODE IMAGE SENSOR

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184353A1 (en) * 2004-02-20 2005-08-25 Chandra Mouli Reduced crosstalk sensor and method of formation
US20110272561A1 (en) * 2010-03-23 2011-11-10 Stmicroelectronics S.R.L. Method of detecting impinging position of photons on a geiger-mode avalanche photodiode, related geiger-mode avalanche photodiode and fabrication process
US20120261730A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-18 Omnivision Technologies, Inc. Floating diffusion structure for an image sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190038353A (en) * 2017-09-29 2019-04-08 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Spad image sensor and associated fabricating method
US10636930B2 (en) 2017-09-29 2020-04-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. SPAD image sensor and associated fabricating method
KR102204728B1 (en) * 2017-09-29 2021-01-20 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Spad image sensor and associated fabricating method

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